07无机盐生产结晶全解

无机盐工艺学
第2篇 无机盐工业生产中的基本单元过程
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第一章 结 晶
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概述
结 晶 是 一 种 历 史 悠 久 的 分 离 技 术 ， 5000 年 前 中国人的祖先已开始利用结晶原理制造食盐。 目前结晶技术广泛应用于化学工业，在氨基 酸、有机酸和抗生素等生物产物的生产过程 中也已成为重要的分离纯化手段.
沉淀是一种析出变化。结晶是沉淀的一种， 需要比较特殊的条件才能出现结晶过程。
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钻石
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雪花
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从钻石、雪花晶体你能发现什么？
格子状排列
结构对称性
排列有序
点阵结构
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第一节 基本概念（二）晶体结构
晶格：构成晶体的微观质点在晶体所占有的空间 中按三维空间点阵规律排列，各质点间在力的作用 下，使质点得以维持在固定的平衡位置，彼此之间 保持一定距离的结构。
温度（t）
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几种物质在水中的溶解度曲线
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熟石灰的溶解度随温度升高而降低 25
正溶解度特性：溶解度随温度的升高而增 加，在溶解过程中需要吸收热量的特性。 L一维生素C、L一精氨酸
逆溶解度特性：物质的溶解度随温度升高 反而下降，在溶解过程中放出热量的特性 。 Na2SO4
有一些形成水合物的物质，在其溶解度曲线 上有折点，对应存在不同水分子数的水合物 之间的相变点 。L一精氨酸 、46OC 。
140 130
120
110 100 90
80 70
60
50 40 30 20
10
0
固体溶解度曲线
硝酸铵 硝酸钾
1：同种物质在不 同温度下的溶解 度不同。
硝酸钠
氯化铵
2：曲线的交点表 示这两种物质在 该温度下的溶解 度相同。
氯化钠 3：曲线越陡，该
硼酸 物质的溶解度受 温度影响越大。
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
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第一节 基本概念（一）定义
结晶（Crystallization）：是从液相或气相 生成形状一定、分子（或原子、离子） 有规则排列的晶体的现象。
结晶过程：固体物质以晶体状态从蒸汽、 溶液或熔融物中析出的过程。
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结晶与沉淀的区别
沉淀可分为晶形沉淀和非晶形沉淀两大 类型。
晶形沉淀内部排列较规则，结构 紧密， 颗粒较大，易于沉降和过滤；非晶形沉 淀颗粒很小，没有明显的晶格，排列杂 乱，结构疏松，易吸附杂质，难以过滤. 结晶的纯度远高于沉淀。
结晶操作方法，在某些wk.baidu.com件下，具有许多能
与其地方法相抗争的优点，尤其对于共沸混
合物、沸点相近的混合物以及热敏性物质的
分离。
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特点
(1) 选择性高：只有同类分子或离子才能 排列成晶体
(2) 纯度高：通过结晶，溶液中大部分的 杂质会留在母液中，再通过过滤、洗 涤，可以得到纯度较高的晶体。
(3) 设备简单，操作方便 (4) 影响因素多
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七种晶系：晶体按其晶格结构可分为七种晶系
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14 种 空 间 点 阵 形 式
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晶面：围绕晶体的天然平面 晶棱：两个晶面的交线 晶胞：晶体中的每个格子，是构成晶体的
基本单元。 液晶：某些液体内部结构与固态晶体一样，
具有规律的空间排列
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第一节 基本概念（三）晶体基本性质
1、晶体的均一性：晶体中每一宏观质点的物理性 质和化学组成以及内部晶格都相同的特性。晶体的 这个特性保证了工业生产中晶体产品的高纯度。
液固平衡:任何固体物质与其溶液相接触时，当 溶液尚未饱和，则固体溶解；当溶液恰好达 到饱和，则固体溶解与析出的量相等，此时 固体与其溶液已达到相平衡。
溶解度曲线：物质的温度-平衡含量关系曲线。
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几 种 物 质 的 溶 解 度 曲 线
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溶
解 200
度 190
（ 克
180 170
160
） 150
过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时， 该溶液称之为过饱和溶液；
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结晶形成必要条件：
溶质只有在过饱和溶液中才能析出；要使溶 质从溶液中结晶出来，必有设法产生一定的 过饱和度作为推动力。
溶质从溶液中结晶的推动力是一种浓度差， 称为溶液的过饱和度。
推动力：△c=c-c’ 其中 c——过饱和溶液的浓度
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第二节 溶液（二）溶解度的影响因素 1、温度
大多数物质在水中的溶解度随温度的升高而增大 溶解度随温度变化较大的物质→冷却结晶方法分离； 溶解度随温度变化较小的物质→蒸发结晶法分离。
2、晶体粒度
晶粒尺寸越小，溶解度愈大。
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第二节 溶液（三）溶液的过饱和
饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该溶质 在同等条件下的饱和溶解度时，该溶液称 为饱和溶液；
c‘——饱和溶液的浓度
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溶液的过饱和与超溶解度曲线
rm%为筛下累积质量分数为m％的筛孔尺寸。
对于一种晶体样品，MS越大，→平均粒度 大，CV值越小，粒度分布越均匀。
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第二节 溶液 （一）溶液溶解度曲线
溶解度：在一定温度、一定压力下溶质在溶剂 中的平衡含量。物质的溶解度与温度和压力 有关。
溶解度的单位：克/升溶液、摩尔／升溶液、 摩尔分数等。
2、各向异性：晶体的几何特性及物理效应常随方 向的不同而表现出数量上的差异的性质。
3、对称性：晶体的相同晶面、晶棱和品角能够 在不同方向和不同位置上有规律重现的现象
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4、晶体的自范性：如果晶体生长环境良好，则 可形成有规则的结晶多面体（晶面）。晶体具有 自发地生长成为结晶多面体的可能性的性质，即 晶体以平面作为与周围介质的分界面。
中间粒度(medium size，MS)：筛下累计质量分数 为50％时对应的筛孔尺寸值。
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粒度分布曲线
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晶体的粒度分布
变异系数(coefficient of variation，cv)：为一统 计量，与Gaussian分布的标准偏差相关。
CV 100(r84% r16% ) 2r50%
5、内能最小性：是指对化学成分相同，所处的 不同物态（气态、液态、晶态）中，以晶态的 内能最小、最稳定，亦称晶体的稳定性。
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第二节 晶体的粒度分布
晶体粒度分布：不同粒度的晶体质量(或粒子数目) 与粒度的分布关系，它是晶体产品的一个重要质量 指标。
可用筛分法(或粒度仪)进行测定，筛分结果标绘 为筛下累积质量分数与筛孔尺寸的关系曲线，并可 换算为累积粒子数及粒数密度与粒度的关系曲线， 简便的方法是以中间粒度和变异系数来描述粒度分 布。